(57)【要約】【課題】  あらかじめ与えた外部磁界がワイヤレス磁気マーカの存在により変化して、位置および方向を計測することができるワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法およびそのシステムを提供する。【解決手段】  励磁コイルアレイ１と、この励磁コイルアレイ１に対向して配置される磁界検出コイルアレイ３と、前記励磁コイルアレイ１と磁界検出コイルアレイ３間に配置するＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカ６とを備え、前記励磁コイルアレイ１の励磁コイルによる印加磁界の、前記磁気マーカ６のＬＣ共振回路の誘導磁界による変化を、前記磁界検出コイルアレイ３の磁界検出コイル３Ａ〜３Ｉで検出することにより、マーカの位置および方向を計測する。【選択図】図１
2005121573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルにより印加磁界を発生させ、該印加磁界によりＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカで誘導磁界を発生させ、該誘導磁界による前記印加磁界の変化を６成分以上の磁界を検出することにより、前記ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項２】
請求項１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記励磁コイルと６成分以上の磁界を検出可能な個数のコイルを同一部材上に配置するアレイを有することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項３】
請求項１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記励磁コイルを有する部材と、これに対向あるいは隣接する６成分以上の磁界を検出可能な個数の検出コイルを有するアレイを配置することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項４】
請求項１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記６成分以上の磁界の検出情報に基づいてｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ｍを求めることを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
ただし、ｘ，ｙ，ｚはワイヤレス磁気マーカの各軸方向の位置、θは磁気マーカの方向ベクトルをＸＹ座標系へ射影し、その射影したベクトルとｘ軸とのなす角、φはワイヤレス磁気マーカ方向ベクトルとｚ軸とのなす角、Ｍはワイヤレス磁気マーカの磁気モーメントである。
【請求項５】
請求項１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方向において、前記６成分以上の磁界検出は、その出力電圧の振幅又は位相の検出により行うことを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項６】
請求項５記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記出力電圧のサンプリング値の平均値あるいは平滑化処理を施した値を検出値とすることを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項７】
（ａ）励磁コイルおよび磁界検出コイルを有するアレイと、
（ｂ）該アレイに対応して配置されるＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカとを備え、
（ｃ）前記励磁コイルにより発生する印加磁界の前記ワイヤレス磁気マーカのＬＣ共振回路による誘導磁界による変化を、前記磁界検出コイルで検出することにより、ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項８】
請求項７記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記励磁コイルおよび磁界検出コイルを有するアレイを生体の測定部位に配置し、該生体内部に前記ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカを挿入することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項９】
（ａ）励磁コイルアレイと、
（ｂ）該励磁コイルアレイに対向して配置される磁界検出コイルアレイと、
（ｃ）前記励磁コイルアレイと磁界検出コイルアレイ間に配置するＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカとを備え、
（ｄ）前記励磁コイルアレイの励磁コイルによる印加磁界の、前記ワイヤレス磁気マーカのＬＣ共振回路の誘導磁界による変化を、前記磁界検出コイルアレイの磁界検出コイルで検出することにより、ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１０】
請求項９記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記励磁コイルアレイと磁界検出コイルアレイとを生体の測定部位に配置し、該生体内部に前記ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカを挿入し、生体中におけるワイヤレス磁気マーカの位置および方向を検出することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１１】
請求項７又は８記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記ワイヤレス磁気マーカの位置をモニターしながら疾患部位の治療を行うため、前記ワイヤレス磁気マーカに対応した医療器具をセットすることを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１２】
請求項１１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記医療器具がカテーテルであることを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１３】
請求項１１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記医療器具が治療薬の投与器具であることを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１４】
請求項１記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、複数のワイヤレス磁気マーカを配置し、該複数のワイヤレス磁気マーカを異なる共振周波数にセットし、各マーカの共振周波数において、誘導磁界を計測することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項１５】
請求項１４記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記複数のワイヤレス磁気マーカを生体の異なる部位に配置することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法。
【請求項１６】
請求項７又は９記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記ワイヤレス磁気マーカを複数配置し、該複数のワイヤレス磁気マーカを異なる共振周波数にセットし、各マーカの共振周波数において、誘導磁界を計測することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記複数のワイヤレス磁気マーカを生体の異なる部位に配置することを特徴とするワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法およびそのシステムに係り、特に、ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法およびそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流磁界を使ったモーションキャプチャシステムは、磁気マーカへ電流を直接通電するか、磁気マーカの内部に電池を内蔵する必要があり、磁気マーカをワイヤレスあるいは電池レスにすることは困難であった。このため従来の位置検出システムでは、外部に発生した磁界を直接磁気マーカで計測するか、磁気マーカから発生する磁界を直接測定する必要があった。
【０００３】
また、ワイヤレスで生体内部や物体内部の位置や情報を求める手段としては、ＭＲＩやＸ線等が挙げられるが、連続的な計測には放射線被曝の問題がある。
【０００４】
ところで、マサチューセッツ工科大学からは、数ｃｍ角の立体的なＬＣ共振型磁気マーカを用いて磁気マーカの大まかな位置を求める研究が報告されている（下記特許文献１〜３）。
【０００５】
また、その他にも磁気マーカを用いる物体の検出装置（下記特許文献４〜６）が開示されている。
【特許文献１】特許第２９５４０６３号公報
【特許文献２】特許第２９５４０６４号公報
【特許文献３】特許第３０５４３０７号公報
【特許文献４】特開平６−３２３８６５号公報
【特許文献５】特開２０００−１４６５０９号公報
【特許文献６】特開２００３−４４２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の磁気マーカの検出距離は高々数ｃｍであり、また精密な位置精度は得られていない。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、あらかじめ与えた外部磁界がマーカの存在により変化することを利用して、位置および方向を計測することができるワイヤレス磁気マーカによる位置および方向の検出方法およびそのシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、励磁コイルにより印加磁界を発生させ、この印加磁界によりＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカで誘導磁界を発生させ、この誘導磁界による前記印加磁界の変化を６成分以上の磁界を検出することにより、前記ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記励磁コイルと６成分以上の磁界を検出できる個数のコイルが同一部材上に配置されるアレイを有することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記励磁コイルを有する部材と、これに対向あるいは隣接する６成分以上の磁界を検出できる個数の検出コイルを有するアレイを配置することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記６成分以上の磁界の検出情報に基づいてｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ｍを求めることを特徴とする。
【００１２】
ただし、ｘ，ｙ，ｚはワイヤレス磁気マーカの各軸方向の位置、θは磁気マーカの方向ベクトルをＸＹ座標系へ射影し、その射影したベクトルとｘ軸とのなす角、φはワイヤレス磁気マーカ方向ベクトルとｚ軸とのなす角、Ｍはワイヤレス磁気マーカの磁気モーメントである。
【００１３】
〔５〕上記〔１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方向において、前記６成分以上の磁界検出は、その出力電圧の振幅又は位相の検出により行うことを特徴とする。
【００１４】
〔６〕上記〔５〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記出力電圧のサンプリング値の平均値あるいは平滑化処理を施した値を検出値とすることを特徴とする。
【００１５】
〔７〕ワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、励磁コイルおよび磁界検出コイルを有するアレイと、このアレイに対応して配置されるＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカとを備え、前記励磁コイルにより発生する印加磁界の前記ワイヤレス磁気マーカのＬＣ共振回路による誘導磁界による変化を、前記磁界検出コイルで検出することにより、ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とする。
【００１６】
〔８〕上記〔７〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記励磁コイルおよび磁界検出コイルを有するアレイを生体の測定部位に配置し、この生体内部に前記ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカを挿入することを特徴とする。
【００１７】
〔９〕ワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、励磁コイルアレイと、この励磁コイルアレイに対向して配置される磁界検出コイルアレイと、前記励磁コイルアレイと磁界検出コイルアレイ間に配置するＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカとを備え、前記励磁コイルアレイの励磁コイルによる印加磁界の、前記ワイヤレス磁気マーカのＬＣ共振回路の誘導磁界による変化を、前記磁界検出コイルアレイの磁界検出コイルで検出することにより、ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測することを特徴とする。
【００１８】
〔１０〕上記〔９〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記励磁コイルアレイと磁界検出コイルアレイとを生体の測定部位に配置し、この生体内部に前記ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカを挿入し、生体中におけるワイヤレス磁気マーカの位置および方向を検出することを特徴とする。
【００１９】
〔１１〕上記〔７〕又は〔８〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記ワイヤレス磁気マーカの位置をモニターしながら疾患部位の治療を行うため、前記ワイヤレス磁気マーカに対応した医療器具をセットすることを特徴とする。
【００２０】
〔１２〕上記〔１１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記医療器具がカテーテルであることを特徴とする。
【００２１】
〔１３〕上記〔１１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記医療器具が治療薬の投与器具であることを特徴とする。
【００２２】
〔１４〕上記〔１〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、複数のワイヤレス磁気マーカを配置し、これらの複数のワイヤレス磁気マーカを異なる共振周波数にセットし、各マーカの共振周波数において、誘導磁界を計測することを特徴とする。
【００２３】
〔１５〕上記〔１４〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法において、前記複数のワイヤレス磁気マーカを生体の異なる部位に配置することを特徴とする。
【００２４】
〔１６〕上記〔７〕又は〔９〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記ワイヤレス磁気マーカを複数配置し、これらの複数のワイヤレス磁気マーカを異なる共振周波数にセットし、各マーカの共振周波数において、誘導磁界を計測することを特徴とする。
【００２５】
〔１７〕上記〔１６〕記載のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムにおいて、前記複数のワイヤレス磁気マーカを生体の異なる部位に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）磁気マーカが電気的引き出し線を持たず、また、電池も内蔵しないため、日常的かつ半永久的に磁気マーカの位置検出が可能である。また、小型化、軽量化が可能である。
（２）光学的に遮蔽された不透明領域、例えば、生体内においても計測可能である。
（３）Ｘ線等による放射線被曝のリスクが全くない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
励磁コイルにより印加磁界を発生させ、この印加磁界によりＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカで誘導磁界を発生させ、この誘導磁界による前記印加磁界の変化を６成分以上の磁界を検出することにより、前記ワイヤレス磁気マーカの位置および方向を計測する。よって、磁気マーカが電気的引き出し線を持たず、また、電池も内蔵しないため、日常的かつ半永久的に磁気マーカの位置検出が可能である。また、小型化、軽量化が可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施例を示すワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図である。
【００３０】
この図において、１は励磁コイルアレイ、１Ａ〜１Ｉは励磁コイルであり、平面コイル（巻数Ｎが２５、半径３０ｍｍ、電流Ｉ＝０．１Ａ，約１７０ｋＨｚ）よりなる。２は励磁コイル１Ａ〜１Ｉに接続され、励磁コイル１Ａ〜１Ｉを発振させる発振器（ＨＰ３３１２０Ａ）、３は励磁コイルアレイ１に対向するように配置される磁界検出コイルアレイ、３Ａ〜３Ｉは磁界検出コイル、４は各磁界検出コイル３Ａ〜３Ｉを選択して接続するスイッチ回路、５は測定器（マルチメーター：Ｋｅｉｔｈｌｙ  ２０００）、６は励磁コイルアレイ１と磁界検出コイルアレイ３の間に配置される１個のワイヤレス共振型磁気マーカ（電池なし）である。
【００３１】
図１に示すように、本発明のシステムは、ＬＣ共振回路から構成されるワイヤレス共振型磁気マーカ（以下、磁気マーカという）６によってモーションキャプチャシステムを構成するものである。このシステムでは、従来のように、外部磁界を磁気マーカにおいて直接測定したり、あるいは磁気マーカからの磁界を直接測定するものではなく、あらかじめ与えた外部磁界が磁気マーカ６の存在により変化することを利用して、その変化を検出して、磁気マーカ６の位置および方向を計測するようにしたものである。
【００３２】
また、磁気マーカ６は、インダクタ６Ａとキャパシタ６Ｂによる直列ＬＣ共振回路により構成され、外部への電気的な引き出し線や電池を持たない。
【００３３】
次に、このシステムの動作について説明する。
【００３４】
図１に示すように、例えば、磁気マーカ６周辺に配置した励磁コイル１Ｅから交流磁界を発生させる。共振周波数付近において磁気マーカ６から発生する誘導磁界は最大となる。この誘導磁界を磁界検出コイル（３Ａ〜３Ｉ）で計測して、磁気マーカ６の位置および方向を最適化処理により求める。なお、ここでは、磁界検出コイルは９個示しているが、少なくとも６成分の磁界を検出可能な個数のコイルを有することにより、磁気マーカ６の位置および方向を計測することができる。
【００３５】
図２はその磁気マーカのパラメータの定義を示す図、図３はその磁気マーカの位置および方向を求めるフローチャートである。
【００３６】
図２に示すように、磁気マーカ６のパラメータとしては、ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ｍが挙げられる。ここで、ｘ，ｙ，ｚは磁気マーカの位置座標、θは磁気マーカの方向ベクトルをＸＹ座標系へ射影し、その射影したベクトルとｘ軸とのなす角、φはワイヤレス磁気マーカ方向ベクトルとｚ軸とのなす角、Ｍは磁気モーメント、ｒは磁気マーカと検出コイルの距離である。
2005121573.tif 000003
【００３７】
具体的には、図３に示すような手順で、磁気マーカの位置および方向を求める。
【００３８】
（１）まず、励磁コイルアレイと磁界検出コイルアレイとを対向して配置する（励磁コイルの個数と検出コイルの個数の積が６成分以上必要である）（ステップＳ１）。
2005121573.tif 000004
【００３９】
（５）次に、最適化法により磁気マーカの位置、方向を求めて表示する（ステップＳ５）。
【００４０】
第３実施例として後述するが、この第１実施例のシステムに、磁気マーカを複数個配置し、各磁気マーカをそれぞれ異なる共振周波数にセットすることにより、各磁気マーカの共振周波数成分の磁界を計測して、それぞれ１つずつ磁気マーカの最適化問題を解くように構成し、各マーカの位置を求めることができる。
【００４１】
図４は本発明の第２実施例を示す磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図である。
【００４２】
この図において、１１は励磁・磁界検出コイルアレイ、１１Ａ〜１１Ｉは励磁・磁界検出コイル、１２はＬＣ共振回路からなるワイヤレス共振型磁気マーカである。
【００４３】
この実施例では、第１実施例のように、励磁コイルアレイ１と磁界検出コイルアレイ３とを別体として配置するのではなく、励磁と磁界検出とを兼ねたコイルを同一部材にアレイとして構成する。
【００４４】
このように構成することにより、よりコンパクトな磁気マーカの位置および方向の検出システムを構築することができる。
【００４５】
図５は本発明の第３実施例を示す磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図、図６は各磁気マーカの共振周波数と誘導磁界を示す図である。
【００４６】
この実施例では、第２実施例と同様の磁界検出および励磁・磁界検出コイル１１Ａ〜１１Ｉを有する励磁・磁界検出コイルアレイ１１を配置するが、複数個の磁気マーカ２１〜２３を配置して、各磁気マーカ２１，２２，２３は、図６に示すように、それぞれ異なる共振周波数ｆr1，ｆr2，ｆr3にセットする。各磁気マーカ２１，２２，２３の位置を求める場合には、各磁気マーカ２１，２２，２３の共振周波数成分の磁界を計測して、それぞれ１つずつ磁気マーカの最適化問題を解くようにする。
【００４７】
このため磁気マーカが多数個であっても高速演算が可能であり、解をほぼ一意に収束させることができる。
【００４８】
図７は本発明の磁気マーカの位置および方向の検出システムの具体例を示す図、図８は磁気マーカの等価回路図、図９は磁気マーカおよび励磁・磁界検出コイルの設計手順を示す図である。
【００４９】
図７において、３１は励磁コイル、３２はその励磁コイル３１を支持する部材、３３はワイヤレス共振型磁気マーカ、３４は磁気マーカ３３を支持する部材、３５はその部材３４の３次元移動装置、４１〜４９は磁界検出コイル、５０は磁界検出コイルアレイである。
【００５０】
その場合、磁気マーカ３３の等価回路は、図８のようであり、図８において、５１はインダクタンスｊωＬ、５２は抵抗Ｒ、５３はコンデンサ１／ｊωＣである。
【００５１】
ここで、磁気マーカ３３の誘導磁界が最大となるように、磁気マーカ３３のコイルの巻数（Ｎ）および角周波数（ω）を決定する。
【００５２】
｜ΔＩ｜＝Ｖ（ωmax ）／√｛Ｒ2 ＋〔ωmax Ｌ−（１／ωmax Ｃ）〕2 ｝
−Ｖ（ωmin ）／√｛Ｒ2 ＋〔ωmin Ｌ−（１／ωmin Ｃ）〕2 ｝
｜Ｉ（ω）｜＝Ｖ（ω）／√｛Ｒ2 ＋〔ωＬ−（１／ωＣ）〕2 ｝
Ｉ（ω）＝Ｖ（ω）／｛Ｒ＋ｊ〔ωＬ−（１／ωＣ）〕2 ｝
Ｖ（ω）＝μr μ0 ＨＳＮω
また、磁気マーカおよび励磁・磁界検出コイルの設計手順は、図９に示すように、
（１）まず、磁気マーカのサイズを決定する（ステップＳ１１）。
【００５３】
（２）次に、磁気マーカのコイルの巻数ＮはＱを最大とするように決める。仮に動作周波数、インダクタンスおよび抵抗を決める（ステップＳ１２）。
【００５４】
（３）磁気マーカのコイルの巻線径は動作周波数における表皮深さ程度の径を素線とするリッツ線とする（ステップＳ１３）。
【００５５】
（４）｜ΔＩ｜が最大か否かをチェックする（ステップＳ１４）。
【００５６】
（５）ステップＳ１４において、Ｎｏの場合には、ステップＳ１２に戻って、｜ΔＩ｜を最大とするように、再設定する（ステップＳ１５）。
【００５７】
（６）ステップＳ１４において、Ｙｅｓの場合、つまり｜ΔＩ｜が最大となった場合には、共振周波数、インダクタンスからコンデンサを決定する（ステップＳ１６）。
【００５８】
（７）次に、励磁・磁界検出コイルはバックグラウンド電圧（マーカを取り去った状態の電圧）の周波数依存性でのピーク付近に動作周波数が来るように巻数およびコイル直径を決める。なお、電流を大きくできるように巻線直径はなるべく大きくする。ただし、コイル直径は可能な限り小さくする（ステップＳ１７）。
【００５９】
図１０は上記した具体例による結果を示す図であり、横軸に周波数（ＭＨｚ）、縦軸にマーカの出力電圧（Ｖ）を示す。
【００６０】
上記の図７に示した検出システムによる実験結果、図１０に示すように、磁界検出コイル４１〜４９により得られた電圧Ｖ（ｄＶ１〜ｄＶ９）を求めてこれを磁気マーカ３３からの寄与分であるとした。
【００６１】
また、図１０における出力電圧Ａの値は、詳細に見ると、図１１に示すように、ある幅を有するバラツキをもった値であるので、これらのバラツキをもった値の平均値を求めるか、平滑化処理を施して、その処理値を採用するようにして、計測値の精度を高めるようにしている。
【００６２】
なお、この具体例では磁界検出コイル４１〜４９の電圧値を出力するようにしたが、これに代えて、ネットワークアナライザー、ロックインアンプあるいはタイムインターバルカウンタを接続することにより、出力として位相を求めるようにしてもよい。
【００６３】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００６４】
図１２は本発明の実験装置の構成図である。
【００６５】
この図において、６０は実験装置のフレーム、６１は励磁コイル、６２は実験装置のフレーム６０に固定され、励磁コイル６１を支持する部材、６３は励磁コイル６１に接続される発振器へのリード線、６４はワイヤレス磁気マーカ、６５はそのワイヤレス磁気マーカ６４を支持する部材、６６はその部材６５に固定され、３次元に駆動可能な３次元移動装置、７１〜７９は磁界検出コイル、８０は磁界検出コイル７１〜７９を配置する磁界検出コイルアレイ、８１は磁界検出コイル７１〜７９に接続されるスイッチ８２に接続されるリード線、８３はスイッチ８２に接続される測定器（電圧計）である。
【００６６】
この図は予備実験における励磁コイル６１、磁界検出コイル７１〜７９の配置、ワイヤレス磁気マーカ（１個）６４により構成された測定系を示したものである。電気的結線は、図１と同一である。
【００６７】
図１３は予備実験に用いたワイヤレス磁気マーカの写真を示している。ワイヤレス磁気マーカ６４（コイル６４Ａ、チップコンデンサ６４Ｂ）は断面寸法１．５ｍｍ角の正方形と、長さ１０ｍｍの微小な円筒形よりなり、円筒形内部に市販の高透磁率フェライト６４Ｃ（ＮＥＣトーキン製、直径１ｍｍ長さ１０ｍｍ）を挿入した。なお、これらは指先に無理なく貼付可能な寸法である。使用した励磁コイル６１は１個、磁界検出コイル７１〜７９は９個であり、磁界検出コイル７１〜７９をスイッチ８２で切り替えて、９通りの磁界を電圧計８３で計測した。
【００６８】
図１４はワイヤレス磁気マーカ６４を約６０ｍｍ移動した際の３次元位置であり、本発明により検出された磁気マーカの実測位置Ａを理論値による位置Ｂと比較して相対位置精度として示したものである。ワイヤレス磁気マーカ６４の共振周波数は約１７０ｋＨｚに設定した。実測位置Ａは理論値による位置Ｂにほぼ一致し、誤差は最大で２ｍｍ程度であった。
【００６９】
この予備実験ではワイヤレス磁気マーカ６４が一辺１５０ｍｍの立方体内部であれば、十分に磁気マーカ６４の位置は計測可能であった。作製する薄型ワイヤレス磁気マーカは予備実験のものよりも小型、薄型にすることができ、ワイヤレス磁気マーカの共振周波数を数１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度にすれば、磁気マーカを小型化可能であり、位置精度を向上させることができる。
【００７０】
本発明は、上記のような構成を有するものであり、各種の適用例を挙げることができる。
【００７１】
（１）図１に示す励磁コイルアレイ１と磁界検出コイルアレイ３とを生体の測定部位に配置し、その生体内部に前記ＬＣ共振回路で構成したワイヤレス磁気マーカ６を挿入することにより生体中におけるワイヤレス磁気マーカ６の位置および方向の検出を行うことができる。
【００７２】
そこで、前記ワイヤレス磁気マーカ６の位置をモニターしながら疾患部位の治療を行うことができる。すなわち、ワイヤレス磁気マーカ６に対応して設けられる医療器具、例えば、カテーテルや治療薬の投与器具などをセットすることができる。
【００７３】
（２）複数のワイヤレス磁気マーカを配置し、それらの複数のワイヤレス磁気マーカを異なる共振周波数にセットし、各マーカの共振周波数において、誘導磁界を計測する。
【００７４】
そこで、前記複数のワイヤレス磁気マーカを生体の異なる部位に配置することにより、それらの部位の位置および方向を一括して検出することができる。
【００７５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出方法およびそのシステムは、不透明な領域におけるワイヤレス磁気マーカの位置および方向をコンパクトに、かつ的確に検出することができ、生体の部位の治療や生体の部位の動きなどを検出する装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施例を示すワイヤレス磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図である。
【図２】本発明の磁気マーカのパラメータの定義を示す図である。
【図３】本発明の磁気マーカの位置および方向を求めるフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施例を示す磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す磁気マーカの位置および方向の検出システムの模式図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す各磁気マーカの共振周波数と誘導磁界を示す図である。
【図７】本発明の磁気マーカの位置および方向の検出システムの具体例を示す図である。
【図８】本発明の磁気マーカの等価回路図である。
【図９】本発明の磁気マーカおよび励磁・磁界検出コイルの設計手順を示す図である。
【図１０】本発明の具体例による結果を示す図である。
【図１１】本発明の具体例による出力電圧値のバラツキを示す図である。
【図１２】本発明の実験装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の予備実験に用いたワイヤレス磁気マーカの写真を示す図である。
【図１４】本発明の予備実験に用いたワイヤレス磁気マーカを約６０ｍｍ移動した際の３次元位置を実際の位置と比較した図である。
【符号の説明】
【００７８】
１    励磁コイルアレイ
１Ａ〜１Ｉ，３１，６１    励磁コイル
２    発振器
３，５０，８０    磁界検出コイルアレイ
３Ａ〜３Ｉ，４１〜４９，７１〜７９    磁界検出コイル
４    スイッチ回路
５    測定器
６，１２，３３，６４    ワイヤレス共振型磁気マーカ
６Ａ    インダクタ
６Ｂ    キャパシタ
１１    励磁・磁界検出コイルアレイ
１１Ａ〜１１Ｉ    励磁・磁界検出コイル
２１〜２３    複数個の磁気マーカ
３２，６２    励磁コイルを支持する部材
３４，６５    磁気マーカを支持する部材
３５，６６    ３次元移動装置
４０    磁界検出コイルを支持する部材
５１    インダクタンスｊωＬ
５２    抵抗Ｒ
５３    コンデンサ１／ｊωＣ
６０    実験装置のフレーム
６３，８１    リード線
６４Ａ    コイル
６４Ｂ    チップコンデンサ
６４Ｃ    高透磁率フェライト
８２    スイッチ
８３    測定器（電圧計）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１２】
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【図１３】
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